UPS电池培训教材



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1、UPS蓄电池蓄电池的的维护维护和原理和原理MGE UPS SYSTEMS梅兰日兰电子(中国)有限公司 1 电池的工作原理电池的工作原理w电池在电池在UPS中的作用:中的作用: 线性负载UPS要为负载提供一定的后备时间,就必须具有电能的储存;到目前为止,还没有找到一种技术能够储存交流电能,也就是说电能的储存技术仍然只能采用直流形式。 电池在UPS电源中的主要作用就是储存电能,一旦市电中断,由电池放电供给逆变器,由逆变器将电池释放出的直流电转变为正弦交流电,维持UPS电源的正常输出,确保计算机在一定的时间内正常用电。 在市电正常供电时,电池在整流充电电路中储存电能,同时对直流电路起到平滑滤波的作用
2、,并在逆变器发生过载时,起到缓冲器的作用。page 2w电池的电池的分类分类: 电池在电池在UPS电源中已电源中已得到广泛得到广泛的的应用应用,其,其品种繁多品种繁多,型号齐全型号齐全,规格规格各各异,但按其异,但按其基本性质基本性质电池电池可以分为酸性可以分为酸性电池和碱性电池两大类电池和碱性电池两大类:酸性电池酸性电池:酸性电池的电解液一般是由稀硫酸(H2SO4)或者胶体硫酸构成,极板由铅Pb和过氧化铝PbO2构成,通过化学反应贮存电荷,起到电池储能的作用;碱性电池碱性电池:碱性电池的电解液一般是由氢氧化钾KOH或者氢氧化钠NaOH(烧碱)组成。极板由于电池的结构不同而各异。如镉镍电池正极
3、板是氢氧化镍Ni(OH)3,负极板是镉Cd;铁镍电池的正极板是氢氧化镍Ni(OH)3,负极板是铁Fe;银锌电池的正极板是过氧化银Ag2O3,负极板是锌Zn。电池也电池也可以可以按照按照使用方式进行分类使用方式进行分类,可以分为可以分为开开口型口型、密封密封型型两大类电池两大类电池。page 31 电池的工作原理电池的工作原理铅酸蓄电池的分类w 目前国内外生产的VRLA电池主要采用两种技术:AGM技术和GEL技术。AGM技术是贫液式设计,电池内部没有流动的电解液,它采用超细玻璃棉隔板,隔板吸收了足够的电解液后仍保持10%左右的孔隙作为氧气的复合通道,正极析出的氧到负极复合,以实现氧的循环。它具有
4、自放电小、充电效率高的优点,极群采用紧装配,内阻小,适合大电流放电,气体复合效率高,酸雾逸出少,初期容量较高,有较好的低温放电性能。GEL技术即生产胶体电池的技术。胶体电池中氧的复合通道是胶体收缩时所产生的裂纹,由于采用富液式设计,深放电的恢复特性较好,能防止电解液干涸,胶体的固定作用使电解液几乎不存在分层现象,在较高的环境温度下,胶体电池有较长的寿命。但胶体电池在使用初期,裂纹少,复合效率低,控制阀经常打开排放酸雾,无法充分体现密封蓄电池在环保方面的优越性。经过一段时间,裂纹增多,这个缺点自然而然就会被克服。铅酸蓄电池的分类w铅酸蓄电池正极活性物质是二氧化铅,负极活性物质是海绵铅,电解液是稀
5、硫酸溶液, 其放电化学反应为二氧化铅、海绵铅与电解液反应生成硫酸铅和水,Pb(负极)+PbO2(正极)+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(放电反应)其充电化学反应为硫酸铅和水转化为二氧化铅、海绵铅与稀硫酸。2PbSO4+2H2O=Pb(负极)+PbO2(正极)+2H2SO4 (充电反应) w电池的充电:电池的充电: 电池的电池的充电充电特性特性曲线曲线具有具有三个三个阶段阶段:恒流充电阶段:恒流充电的控制方法是降压限流,随着电池容量的恢复,电池的电压不断上升,一直达到恒压充电电压为止,因此这一过程也称之为升压充电(Boostcharging)。放电越深则恒流充电阶段越长,反之则较短。pag
6、e 6恒压充电阶段:这一过程电池的电压保持不变,充电电流逐渐减小,对密封电池来说,应维持在68小时,然后转入浮充状态,恒压充电过程也称之为恢复充电(Recharging)。浮充电阶段:这一过程是为保持电荷的储量及防止自放电所必需的维持充电。通常认为每安培小时的充电电流降至10毫安以下时即认为电池已进入浮充电状态。浮充电流通常很微弱故有时又称为涓流充电(Trickling charging)。1 电池的工作原理电池的工作原理w电池的放电:电池的放电: 电池的电池的放电放电特性特性曲线曲线具有具有三个三个特征特征:当负载(即放电电流)较小时,电池的放电曲线较平滑,放电的时间较长。无论负载的轻重如何
7、,在放电的初始阶段都有电池电压突然下降较多,然后略有回升的现象,这个过程形成电池电压有较大的低谷;page 7无论放电电流的大小,电池的端电压最终将出现急剧下降的拐点,以拐点连接得到的曲线就称为安全工作时的终止电压曲线,UPS的电池工作点都是设计在这条拐点曲线附近的。电池最低放电电压曲线以下的部分,表示低于此电压将造成电池特性的永久损坏;在UPS中,当直流电压过低时,将引起逆变器脉宽调制波的进一步变宽,而过大的直流分量将引起逆变变压器的磁饱和现象,从而导致正弦波的失真。1 电池的工作原理电池的工作原理2 电池后备时间的计算电池后备时间的计算电池后备时间的计算,主要依赖于电池品牌的选择,包括电池
8、的类型、电池的使用寿命、电池的安装方式等,可参照该品牌的电池参数,来计算电池的容量和数量。w按照按照UPS功率计算功率计算电池电池容量容量 举例举例:一台一台200KVA UPS,要求使用使用上海要求使用使用上海西恩迪的西恩迪的十年十年免维护电池,免维护电池,后备时间后备时间为为30分钟分钟。UPS的电池终止的电池终止电压电压为为338V,逆变器效率为逆变器效率为0.94,输出功率因输出功率因数数为为0.8,试,试选择选择电池电池容量容量、串连串连只数、只数、并联并联组数组数。page 8电池型号电池终止电压为1.65V/单体时的放电功率(W/cell)25C时间(分钟)51015203060
9、90MPS12-8853037029023718010980MPS12-10057042433027720912488page 9w按照按照UPS功率计算功率计算电池电池容量容量 UPS所需的直流所需的直流功率功率为:为: 每组电池的每组电池的串连串连只数为:只数为: 根据电池放电根据电池放电功率功率表,表,选择选择MPS12-100(12V-100AH)电池,电池,每个单每个单体体放电放电功率功率为为209W(1.65V/cell, 30分钟分钟时),则时),则需要需要的电池组数为:的电池组数为: 即即需要需要的电池的电池配置配置为:为:12V-100AH电池电池34只只4组。组。KWUPS
10、Pdc2 .17094. 08 . 0200逆变器效率功率因数容量)单体(电池终止电压终止电压cellVVUPSNo2058 .20465. 1338组组(单体数)单体数单体功率497. 32052092 .170WKWNoPdcG2 电池后备时间的计算电池后备时间的计算page 10w按照放电电流按照放电电流计算计算电池电池容量容量 UPS所需的所需的最大最大直流直流电流电流为:为: 根据汤浅电池放电曲线根据汤浅电池放电曲线可知可知,当电池终止,当电池终止电压电压为为1.65V/cell(9.9V/只)只)时,与时,与30分钟分钟的放电曲线的放电曲线交点交点为为 1.05C,则则需要需要电池